【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Praat 語(yǔ)音軟件使用手冊(cè) 熊子瑜 彈出下一對(duì)話框： 在上圖 1 位置輸入聲音對(duì)象的名稱；在上圖 2 位置輸入聲音的起點(diǎn)時(shí)間；在 上圖 3 位置輸入聲音的末點(diǎn)時(shí)間；在上圖 4 位置輸入聲音的采樣率；在上 圖 5 位置輸入每個(gè)正弦波的函數(shù)，如 1/2*sin(2*pi*377*x),起首的 1/2 表示振幅， “ sin（）”表示生成的是一個(gè)正弦波，“ 2*pi”是個(gè)常量，“ 377”表示頻率（可 以改成不同的值）。下面是一個(gè)純音的例子，生成公式為“ 1*sin(2*pi*100*x)” , 采樣率為 10000 赫茲。 （相對(duì)振幅為 1） (函數(shù)名 采樣率 精度 通道數(shù) 頻率 時(shí)長(zhǎng) ) A 點(diǎn)至 B 點(diǎn)為一個(gè)完整的周期，從時(shí)間軸上可以 看出這個(gè)周期的時(shí)長(zhǎng)為 10 毫 秒。根據(jù)采樣率，可以知道這個(gè)周期包含了 100 個(gè)采樣點(diǎn)。從右側(cè)縱軸，我們可 以看出其最大振幅位于 +32767 和 32768。 10 Praat 語(yǔ)音軟件使用手冊(cè) 熊子瑜 復(fù)合音 下面是五個(gè)正弦波，其頻率分別是 100， 200， 300， 400， 500 赫茲，相對(duì)振 幅分別是 ， ， ， ， 。其生成公式如下： a: 1/2 * sin(2 * pi * 100 * x) b: 1/4 * sin(2 * pi * 200 * x) c: 1/8 * sin(2 * pi * 300 * x) d: 1/16 * sin(2 * pi * 400 * x) e: 1/32 * sin(2 * pi * 500 * x) 下面是這五個(gè)正弦波的波形圖的片斷，時(shí)長(zhǎng)都是 50 毫秒，周期數(shù)分別是 5， 10， 15， 20， 25。 11 Praat 語(yǔ)音軟件使用手冊(cè) 熊子瑜 將這五個(gè)正弦波疊加起來，就生成了一個(gè)復(fù)合波，下面是這個(gè)復(fù)合波的波形 圖的片斷，時(shí)長(zhǎng)也是 50 毫秒。復(fù)合波的生成公式為：“ 1/2 * sin(2 * pi * 100 * x) +1/4 * sin(2 * pi * 200 * x)+1/8 * sin(2 * pi * 300 * x)+1/16 * sin(2 * pi * 400 * x)+1/32 * sin(2 * pi * 500 * x)”。 從波形圖可以看出，這個(gè)復(fù)合波的周期數(shù)與頻率最低的純音 a 的周期數(shù)相同， 其振幅 并不等于 5 個(gè)純音的振幅直接相加，這是由于它們的頻率不一致，存在強(qiáng) 弱抵消的情況。要了解復(fù)合波的特性，需要對(duì)它進(jìn)行頻譜分析。 可聽聲波的頻率范圍為 20Hz20KHz，頻率高于 20KHz 的聲波為超聲波，頻率 低于 20Hz 的聲波為次聲波，超聲波和次聲波一般不能引起聽覺，只有頻率在兩 者之間的聲波才能聽到，通常把能夠聽到的聲波稱為可聽聲。 聲速 聲波每秒在介質(zhì)中傳播的距離，叫做“聲速”，用 c 表示，單位為 m/s。聲 速與傳播聲音的介質(zhì)和溫度有關(guān)。在常溫常壓下的空氣中，聲速（ c）和溫 度（ t℃） 的關(guān)系可簡(jiǎn)寫為： c ≈ +(m/s)。常溫常壓下，聲速約為 345m/s。 波長(zhǎng) 沿著聲波傳播方向，聲波振動(dòng)一周所傳播的距離，或在波形上相位相同的相 鄰兩點(diǎn)間的距離，叫做“波長(zhǎng)”，用λ表示，單位為 m。波長(zhǎng)與發(fā)聲物體的振動(dòng) 頻率成反比：頻率越高，波長(zhǎng)越短。日常所說的長(zhǎng)波指頻率低的聲音 ,短波指頻 率高的聲音。波長(zhǎng)和聲速、頻率三者之間的關(guān)系：λ =c/f。 振幅 振動(dòng)物體離開平衡位置的最大距離，叫做振動(dòng)的“振幅”，通常用符號(hào) A 表 示。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的振幅是不 變的。強(qiáng)迫振動(dòng)的穩(wěn)定階段振幅也是一個(gè)常數(shù)。阻尼振 動(dòng)的振幅逐漸減小，振幅是可變化的。振幅是用來表示振動(dòng)強(qiáng)弱的物理量，振幅 大，則振動(dòng)強(qiáng)度強(qiáng)大；振幅小，則振動(dòng)強(qiáng)度小。 12 Praat 語(yǔ)音軟件使用手冊(cè) 熊子瑜 分貝 分貝是增益或衰減單位，用于描述兩個(gè)相同物理量之間的相對(duì)關(guān)系。聲信號(hào) 和電信號(hào)的相對(duì)強(qiáng)弱，例如聲壓和電壓、聲功率和電功率的放大（增益）和減小 （衰減）的量都可用分貝數(shù)來表示。 計(jì)算公式如下： LN?? 10 * lg( A1/ Ar) 或 LN?? 20 * lg( A1 / Ar) 式中，其中 Ar 是基準(zhǔn)量， A1 是被測(cè)量，分貝符號(hào)為“ dB”。被測(cè)量和基準(zhǔn) 量之比取以 10 為底的對(duì)數(shù)，這對(duì)數(shù)值稱為被測(cè)量的“級(jí)” ,它代表被測(cè)量比基準(zhǔn) 量高出多少“級(jí)”。根據(jù)公式可以得出，若被測(cè)量是基準(zhǔn)量的 10 倍，則被測(cè)量 比基準(zhǔn)量高出 1 級(jí)，若被測(cè)量是基準(zhǔn)量的 100 倍，則被測(cè)量比基準(zhǔn)量高出 2 級(jí)， 以此類推。每 1 級(jí)相差 10 或 20 個(gè) dB。 分貝的計(jì)算很簡(jiǎn)單，對(duì)于振幅類物理量，如聲壓、電壓、電流強(qiáng)度等，將被 測(cè)量與基準(zhǔn)值相比 后求常用對(duì)數(shù)再乘以 20；對(duì)于它們的平方項(xiàng)的物理量如電功 率、聲功率和聲強(qiáng)，取對(duì)數(shù)后乘以 10 就行了。如果需要表示的量小于與其相比 的量時(shí)（即比值小于 1 時(shí)），則 dB 數(shù)前要加一個(gè)負(fù)號(hào)。 聲強(qiáng) 聲強(qiáng)級(jí) 聲強(qiáng)是衡量聲音強(qiáng)弱的一個(gè)物理量。聲場(chǎng)中，在垂直于聲波傳播方向上，單 位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的聲能稱做聲強(qiáng)。聲強(qiáng)常以 I 表示，單位為 (w／ m2)。 聲強(qiáng)實(shí)質(zhì)是聲場(chǎng)中某點(diǎn)聲波能量大小的度量。對(duì)平面波來說，聲強(qiáng) I 正比于聲壓 有效值的平方。 聲強(qiáng)級(jí)是相對(duì)于參考聲強(qiáng)的分貝數(shù)，聲強(qiáng) I1 的聲 強(qiáng)級(jí) LI 為： LI?? 10 * lg(I1 / Ir) 式中， I1 是聲強(qiáng)， Ir 是參考聲強(qiáng)，通常取 1012瓦 /平方米 , 該數(shù)值是人對(duì) 1kHz 聲音剛能聽到時(shí)的聲強(qiáng)值。 聲功率 聲功率級(jí) 聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射的總聲能量稱為聲功率。常用 W 表示，單位為瓦 (w) 或 mW（毫瓦）或 μ W（微瓦）。聲功率是表示聲源特性的一個(gè)物理量。聲功率越 大，表示聲源單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的聲能量越大。聲功率的大小，只與聲源本身有關(guān)。 13?1 PT Praat 語(yǔ)音軟件使用手冊(cè) 熊子瑜 聲功率級(jí)是相對(duì)于參考聲功率的分貝數(shù)，聲功率 W1 的聲功率級(jí) LW 為： LW?? 10 * lg(W1/ Wr) 式中， W1 是聲功率， Wr 是參考聲功率，通常取 1012瓦。 聲強(qiáng)和聲功率通常不易直接測(cè)量，要根據(jù)測(cè)出的聲壓通過換算來求得。 聲壓 聲壓級(jí) 目前，在聲學(xué)測(cè)量中，常用聲壓來衡量聲音的強(qiáng)弱。聲波在大氣中傳播時(shí)， 引起空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，從而使空氣密度發(fā)生變化。在聲波所達(dá)到的各點(diǎn)上，氣壓 時(shí)而比無(wú)聲時(shí)的壓強(qiáng)高，時(shí)而比無(wú)聲時(shí)的壓強(qiáng)低，某一瞬間介質(zhì)中的壓強(qiáng)相對(duì)于 無(wú)聲波時(shí) 壓強(qiáng)的改變量稱為聲壓，記為 p(t),單位是 Pa。 聲音在振動(dòng)過程中，聲壓是隨時(shí)間迅速起伏變化的，人耳感受到的實(shí)際只是 一個(gè)平均效應(yīng)，因?yàn)樗矔r(shí)聲壓有正負(fù)值之分，所以有效聲壓取瞬時(shí)聲壓的均方根 值，故實(shí)際上總是正值。 PT??? 1 T T 2 式中 pT 是 T 時(shí)間內(nèi)的有效聲壓 Pa； p(T)為某一時(shí)刻的瞬時(shí)聲壓 Pa。 聲壓（ p）以 Pa，即帕（斯卡）為單位，有時(shí)也有即微巴（ μ Pa）作單位。 1Pa=10μ Pa； 人耳可聽到的最弱聲壓為 2*105 Pa (0dB)，最強(qiáng)的聲壓為 2*101 Pa (120 dB)， 最強(qiáng)聲壓和最弱聲壓之間相差大約 6 個(gè)級(jí)數(shù)。 為了計(jì)算上的方便，同時(shí)也符合人耳聽覺分辨能力的靈敏度要求，從最弱的 聲壓（ 2 105 Pa）到最強(qiáng)的聲壓（ 20 Pa），按對(duì)數(shù)方式分成等級(jí)，以此作為衡 量聲壓大小的常用單位，這就是聲壓級(jí)。聲壓級(jí)的單位為 dB。 聲壓 p1 的聲壓級(jí) Lp 為： Lp?? 20 * lg(P1 / Pr) 式中， Pr 為基準(zhǔn)聲壓 =2 105 Pa, 該值是人耳對(duì) 1kHz 聲音剛能聽到時(shí)的聲 壓值 ,作為聲壓級(jí) 的 0 dB。 14 Praat 語(yǔ)音軟件使用手冊(cè) 熊子瑜 聲壓級(jí)不能直接相加，如 LP1=LP2，即兩個(gè)聲源的聲壓級(jí)相等，則總聲壓級(jí)： LP = LP1+ 10lg2 ≈ LP1 + 3(dB) 也就是說，作用于某一點(diǎn)的兩個(gè)聲源聲壓級(jí)相等，其合成的總聲壓級(jí)比一個(gè) 聲源的聲壓級(jí)增加 3dB。 下面以 16 位采樣精度為例，加以說明每個(gè)采樣點(diǎn)聲壓的計(jì)算。以 16 位采樣 精度采得的每個(gè)樣本值都是用兩個(gè)字節(jié)來保存的，我們把這兩個(gè)字節(jié)的值分別記 作 b1 和 b2， 它們都是 0 至 255 之間的某個(gè)整數(shù) , 可以用公式 b1+b2*256 算出其 相應(yīng)的十進(jìn)制的值。如一個(gè)采樣點(diǎn)的 b1 和 b2 分別等于 199 和 19,那么這個(gè)采樣 點(diǎn)的采樣值就等于 199+19*256，即 5063。再比如說，某個(gè)采樣點(diǎn)的 b1 和 b2 分 別等于 41 和 236, 那么這個(gè)采樣點(diǎn)的采樣值就等于 41+236*256，即 60473。如 果采樣值大于或等于 32768，則將其減去 65536，得出負(fù)值。因此采樣值的范圍 在 32768～ +36767 之間。 然后將采樣值換 算為 1～ +1 之間的聲壓值，公式如下： P?? N i / 32768 （ Pascal） 接下來可以根據(jù)聲壓值來計(jì)算聲壓級(jí)，公式如下： LP?? 20 * lg(| P |) （ dB） 如果 |P|=1,則 LP=0dB；如果 |P|=，則 LP=；如果 |P|=，則 LP=。這表明聲壓相差一倍時(shí)，聲壓級(jí)上相差大約 6 個(gè)分貝。如果以基 準(zhǔn)聲壓 Pr(2 105 Pa)為參考點(diǎn) ,則上面公式改寫為 : LP?? 20 * lg(| P | /(2 *10??5 )) （ dB） 此時(shí)結(jié)果為：如果 P=1，則 LP=；如果 P=，則 LP=；如 果 P=，則 LP=。 我們可以使用 Praat 軟件察看語(yǔ)音文件的振幅特征，操作如下：先在對(duì)象 列表窗口選擇一個(gè)聲音對(duì)象，如下圖 1 所示；再點(diǎn)擊下圖 2 位置的 Info 按鈕。 15 Amean?? 1 / n * (? Ai ) Praat 語(yǔ)音軟件使用手冊(cè) 彈出一個(gè)信息對(duì)話框，如下圖所示： 在上圖紅色框里標(biāo)出了所選聲音對(duì)象的振幅和能量特征值。 振幅，單位為 Pascal，是根據(jù)聲壓值來標(biāo)示的。 熊子瑜 Mean: 單位 Pascal。 n i??1 16RMS?? ((? Ai2 ) / n ) Total energy: 單位 Pascal^2 sec。 Te?? RMS *WaveLength ，時(shí)長(zhǎng)單位秒。 Std?? (? ( Ai?? Amean ) 2 /(n?? 1)) Praat 語(yǔ)音軟件使用手冊(cè) Rootmeansquare:單位 Pascal。 n i??1 熊子瑜 2 energy in air: 單位 Joule/m^2。 energyInAir?? Te / 400 Mean power (intensity) in air: 單位 Watt/m^2。 MeanPower?? energyInAir / WaveLength Mean